TW200922425A - Structure and manufacturing method of circuit substrate board - Google Patents

Description

200922425 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電路基板之製作技術，特別是 指一種具備高導熱絕緣性之電路基板之製作技術。 【先前技術】

在現有之電子裝置中，通常都會設置許多電子工 作元件，諸如：微處理器（Microprocessor)、半導體 晶片（Semi-conductor Chip)或發光二極體（Light Emitting Diode; LED)等，來執行各種預定之工作。 在戸、務運用層面上，通常必須在一電路基板上先佈設 一印刷電路，然後才能將電子工作元件配置在印刷電 路’藉以組成一印刷電路板。 同時’在電子工作元件執行各種預定之工作時， 通5會散發出熱能。在大多數的情況下，*若這些熱 能播法有效地被逸散’將不僅會影響到電子工作元件 ，正常運作’甚至還报可能會造成印刷電路板的損 ’在大多數的電路基板的結構設計中，多半 都會考慮到散熱的效果。 路而一卜、,ί，5又/刷電路時，特別是對於積體化電 % "必須考慮印刷電路以及電子工作元件 之〒性絕緣條件。特別是基於安全性的考量，這 ί條件通常必須滿足在特定崩潰電壓下，不 會造成印㈣路或電子工作元件損壞之原則。 咕广ί此ϋ之下’我國第專利公開號第200626031 、下間牙冉031號專利案）所提供之一種高導熱性 6 200922425 印刷電路板’就已明顯揭露出 將以’031號專利案為基礎3關技術，此’以下 技術提出具體之說明。幻舉—習知技術來對相關 睛參閱第一圖，其係顧+羽^ / 示意圖。如圖所示，—印刷^二、° 17刷電路板之結構 1卜-印刷電路12、_保護^反1包含一電路基板 導體晶片15。電路基板!； ‘由」：：:斗14與-半 緣層112與一導熱絕緣層113戶U材f 111、一絕 覆設於基材層111之並中、、'、，。絕緣層m係 繼續再覆設於絕緣層m上表〇 則 提到，絕緣層Π2係由古專利案中特別 (Epoxy)所組成。、阿刀子、纟口構如環氧樹酯 印刷電路12係佈設於導熱絕緣 =13糸包覆絕緣層112，半導體 = 14而與印刷電路12雷，咕 71你猎由/干抖 μ 13 相連。在貫務運用層面上， 保護層13熱炫出-焊接口，藉以』 以藉由焊料14而與印刷電路12電性相連。 于 解，2 f所所十屬技術具有通常知識者皆能輕易理 供適當的電性絕緣條mi 心m气之熱傳導速率較差的緣故，因此， Γη = 4 由導熱絕緣層113傳送至絕緣層 時，只會緩慢地將熱能傳送至基材層in。 气抖當基材層111為鋁基板，絕緣層112為環 ，1 ( P〇Xy ) ’ 導熱絕緣層 Η 3 類鑽（Diamond Uke ar on，DLC)材料時，所測得之熱傳導速率如下： 土材層U1之熱傳導速率約為239 W/m . K ;絕緣層 7 200922425 U2之熱傳導速率約為〇.2〜4GW/m.K U3之熱傳導速率約為2000 w/m . κ。因此 體晶片15運作所產生之熱能快速地經由基材、 而傳送至絕緣層112後，在絕緣層1]2中，該埶 繼續傳遞至導熱絕緣層113之速度就會變得很^， 絕緣層112轉變成另一個相對熱源。 又 承以上所述，當基材層U1為鋁基板，絕緣層Η] 為環氧樹酯（EP〇Xy)，導熱絕緣層113為類 (Diamond Like Cai，b〇n; DLC )材料時，所測之埶 ，係，如下：基材，U1 <熱膨脹 為、 23.8x1(m：;絕㈣112之熱膨 以 ;=/τ;導熱絕緣層⑴之熱膨脹係數ii 在製作電路基板11的過程中，雖然基材声 之熱膨脹係僅為絕緣層112之熱膨脹係數的〇 4S〜〇 48 倍，但是，由於絕緣層112之熱膨脹係數高達埶 緣層113之熱膨脹係數的33〜40倍，因此， 路基板11之製作，並使其冷純，在絕緣層;;^ 導熱絕緣層113之間會存在較大之熱殘留應力。^ 此，在裁切電路基板11時，容易導致導熱絕 自絕緣層112剝離（Peeling)的現象產生。 此外’就電路基板11本身之導埶條件 以上所述，由於絕緣層112會轉變成另個相對= 源’且該鄉對熱源位於相當接近半導體晶片15 ’、 置；因此，會致使電路基板11所能對半導 ft 提供之整體導熱性變得很差。 aaa 【發明内容】 200922425 本發明所欲解決之技術問題與目的： 綜觀以上所述，在習知技術中，由於絕緣層之導 熱性較差，以及在成形過程中，材料之間的熱膨脹量 變異量偏高的緣故，因此，普遍存在絕緣層的導熱性 較差，導熱絕緣層與絕緣層的熱膨脹係數差異過大， 容易殘留較大之熱殘留應力，以及整體之導熱絕緣條 件欠佳等缺點。 緣此’本發明之主要目的係提供'種電路基板之 製程，其主要係以一金屬氧化物所形成之一第一陽極 處理層與一第二陽極處理層取代習知由高分子結構 組成之絕緣層，藉以利用第一陽極處理層與第二陽極 處理層之熱傳導速率，優於習知絕緣層之熱傳導速率 的特性，提升整體之導熱效果。 本發明之次一目的係提供一種電路基板之製 程，其係結合電路基板之實際製作程序結合各材料之 熱膨脹特性，藉以在完成電路基板之製作後，減少殘 留於電路基板内部之熱殘留應力。 本發明之另一目的係提供一種一種電路基板之 製程，其中部分相鄰之結構係以同一金屬之氧化物與 氮化物所組成，藉以使相鄰結構之間的分子具備良好 之鍵結關係。 本發明解決問題之技術手段： 本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手 段係提供一種電路基板之製程，該製程係用以製作一 具備高導熱絕緣性之電路基板。該製程首先係製備一 具有一配置面與一散熱面之基材層，並在配置面與散 熱面分別進行一陽極處理作業，藉以分別形成一第一 9 200922425 陽極處理層與一第二陽極處理層。接著，在第二陽極 處，層上形成一導熱絕緣層，並在導熱絕緣層上形成 類鑽（Diamond Like Carbon; DLC)層。其中，基 材之熱膨脹係數大於第二陽極處理層之熱膨脹係 第二陽極處理層之熱膨脹係數大於導熱絕緣層之熱 膨月艮係數；且導熱絕緣層之熱膨脹係數大於DLC層之 熱膨脹係數。 在本發明較佳實施例中，第二陽極處理層可利用 一金屬之—金屬氧化物所組成，導熱絕緣層係由相同 金屬之一金屬氮化物組成，使導熱絕緣層與第二陽極 處理，之間的分子具備良好之鍵結關係。導熱絕緣層 係在第二陽極處理層上進行一真空濺鍍（Sputter)作 業 電漿氣相沉積（Plasma Vapor Deposition; PVD ) 作業、—化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition; CVD)作業或_ 一離子佈植u〇nImplantati〇n)作業 而成形。此外’ DLC層係在導熱絕緣層上進行一電漿 輔助化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor

Deposition; PECVD )作業、一 PVD 作業與一 CVD 作 業而成形。 本發明對照先前技術之功效： 由以上述可知，相較於習知技術所述之電路基 板’在本發明所提供之電路基板之製程中，由於第一 陽極處理層與第二陽極處理層之熱傳導速率優於習 知絕緣層之熱傳導速率，因此可有效提升整體之之熱 傳導速率。 β同時’由於在實際之製作程序中，先成形之第一 陽極處理層與第二陽極處理層之熱膨脹係數係依序 200922425 大於後績成形之導献 成電路基板之製作^ DLC層；因此，在完 殘留應力。此外，由㈣^留^路基板内部之熱 金屬氮化物組成、上ϋ緣層則可由相同金屬之 間的分子且備良^ ”，、'、，巴緣層與第二陽極處理層之 切利用：發： 生剝離的現象，^ ^作之電路基板時，比較不易產 了大幅提升電路基板之裁切良率。 例及實施例，將藉由以下之實施 【實施方式】 運用:電:基板製作技術，可廣泛 =故在此不再--贅述，僅列舉其中較佳之實施 例來加以具體說明。 （貫知 ――請參閱第二圖與第三圖，第二圖係顯示本發明第 貫施例之結構示意圖；第三圖係顯示本發明第一實 ^例可用卩製作印刷電路板之示意圖。如圖所示，一 电，基板2包含—基材層21、一第一陽極處理層22、 一第二陽極處理層23、一導熱絕緣層24與一類鑽 (Diamond Like Carbon ; DLC )層 25。 基材層21包含一配置面211以及—與配置面211 相反之散熱面212。第一陽極處理層22係覆設於配置 面211 ’第二陽極處理層23係覆設於散熱面212 ’導 熱絕緣層24係覆設於第二陽極處理層23，且DLC層 25係覆设於導熱絕緣層24。同時，基材層21之熱膨 脹係數大於第二陽極處理層23之熱膨脹係數；第二 200922425 ϊίί!里層、23之熱膨脹係數大於導熱絕緣層24之熱 么I二文，導熱絕緣層24之熱膨脹係數大於DLC層 25之熱膨脹係數。 八在實務運用層面上’基材層21可由鋁（A1)合 ,HCu)合金所組成。第—陽極處理層22與第 處理層23可由-金屬氧化物所組成，導熱絕 f ίί者，在本實施例中，第二陽極處理層23盥 所組成。壁^ .1别冋一金屬之氧化物與氮化物 声23可〇/弟—陽極處理層22與第二陽極處理 ^. Λ (Ai)之氧化物，即氧化銘（Αΐ2〇υ所 緣層24則由峨!)之氮化物，= -陽朽斤組成。顯而易見地，在此狀況下，第 具備良好之鍵結！^㈣緣層24之間的分子自然可 同時’當今托、層21為鋁基板，第一陽炸津饰β 22為氧化鋁（ΑΙΑ 败弗％極處理層 得之熱膨脹係數如下：Α^:ΠΑ1Ν)呀，所測 23.8xl〇Vc 1 材層21之熱膨脹係數約為 h 10，°C ;導執;==理J 23之熱膨脹係數約為 4Ax l〇'6/°C ； Dr rG \ ύ 之熱膨脹係數約為 1.5χ1〇·6/Τ，正好读足' +、L之熱膨脹係數約為 正好滿足上述熱膨脹係數之間的關係。 舉凡在所屬技術領域具有通常知 理解’從相鄰材料的熱膨脹係數數據來；，^:^易 之熱膨脹係數僅約為第二陽 束f t材層2i 數的3倍;第二陽極處理層23之“ 200922425 導熱絕緣層24之熱膨脹係 24之熱膨脹係數之熱 $ 倍；導熱絕緣層 膨脹係數的3倍。 1糸數僅約為DLC層25之熱 相較於習知技術，由於

之熱膨脹係數差距明顯較、、任本發明中，各相鄰材料 而易見地，在利用本發明又、袒f依序遞減，因此，顯 留於基材層21、第-陽h >供之電路基板2中，殘 與DLC層25之間的埶里層23、導熱絕緣層24 輕易理解’在對電路基“= 导:=可 述之剝離=二= 大巾田挺升$路基板2之裁切良率。 向 玖板2可供佈設—印刷電路3，並在印刷電 路3外包復一保護層4。最後再利用一焊料5穿過= 濩層4而使一電子工作元件6與印刷電路3電性相 連，藉以配置電子工作元件6。同時，在本實施例中 所述之電子工作元件6可為微處理器（Micro Processor)、半導體晶片（Semi-conductor Chip)或發 光二極體（Light Emitting Diode; LED)等可執行特^： 工作之電子工作元件。 電路基板2、印刷電路3、保護層4、焊料5與電 子工作元件6係組成一印刷電路板1〇〇。由於印刷電 路3、保護層4、焊料5以及電子工作元件6與電路 基板2之結合方式係與習知中所述之印刷電路12、保 護層13、焊料14與半導體晶片15相似或相同。因此， 以下就不再予以贅述。 對電子工作元件6而言，電路基板2中之第一陽 極處理層22、第二陽極處理層23、熱絕緣層24與 DLC層25可分別或共同為電子工作元件6提供—電 13 200922425 性絕緣條件。 ^如第三圖所示，當電子工作元件6開始運作並執 艺一？作時，會產生一熱能。該熱能會依序經由 f :私極處理層22、基材層21、第二陽極處理層23 2 J J緣層24而傳送至DLC層25,然後再逸散至外 界故土兑。

於奴田ΛΪ5。為銘基板，第一陽極處理層22為氧 Al2d、 、Μ 2，第二陽極處理層23為氧化在呂 ^# 2，’. t熱絕緣層％為氛化紹（Α1Ν)時，所測 m速率如下：基材層21之熱傳導速率約為 、第二陽極處理層23之熱傳導速率約為 m.· Κ，導熱絕緣層24之熱傳導速率約為16〇 m K ’ DLC層25之熱傳導速率約為2〇〇〇 w/m . K。 顯而易見地，相較於習知技術所述之電路基板u，本 發明所提供之電路基板2確實具備較佳之導熱性。 ^此外，關於本發明第一實施例與習知技術之熱傳 V功效的比較，可由兩種檢測方法加以驗證。其中一 者為檢測電路基板n與2上所分別設置之一發光二 ϊ ί iLight Emitting Di°de; led )之亮度與電▲之間 匕關係；另—者驗測該led投射光束之波長 與電流之間的變化關係。 ，進行冗度與電流之間的變化關係檢測中，可得 冗度-電流曲線圖（Ldcurvd。由亮度-電流曲線 圖上_I curve)可知，在習知技術中，電路基板u 電流大約只能達到35GmA時，咖就因高溫 然而，本發明第一實施例中，電路基板2之 上規達到5〇〇mA後，LED才會因為高溫而損毀。 象表不由於電路基板2散熱效果較佳，表面溫度 14 200922425 較低，故在電路基板2上之LED才能承受飽和電流 500mA所產生之熱能。 在進行LED投射光束之波長與電流之間的變化 關係檢測中，可得到一波長-電流曲線圖 (Wavelength-I curve )。由波長-電流曲線圖 (Wavelength-I curve )可知’在習知技術中，當所輸 入之工作電流為400mA時，設置於電路基板11上之 LED所發出光束之波長約為471.4nm ;然而，本發明 第一實施例中，當所輸入之工作電流為4〇〇mA時， 設置於電路基板2上之LED所發出光束之波長約為 462.5ηηι。由於在輸入相同工作電壓的狀況之下，設 置於電路基板11上之LED所發出光束之波長大於設 置於電路基板2上之LED所發出光束之波長，因此， 可利用「紅移（red-shift)現象」來推斷出電路基板 11之表面溫度較高。 在閱讀以上兩種檢測方法所得到之檢測結果 後相k舉凡在所屬技術領域中具有通常知識者皆可 輕易推斷出，相較於習知技術中的電路基板u，本發 明第一實施例所提供之電路基板2確實具備較佳之^ 傳導效果。 … 請參閱第四圖與第五圖，第四圖係顯示本發明第 二實施例之結構示意圖；第五圖係顯示本發明第二實 施例可用以製作印刷電路板之示意圖。如圖所示，本 貫施例與第一實施例之不同處在於：在本實施例中， 係以一DLC散熱鰭片組件25a取代第一實施例中之 DLC層25，藉以與基材層21、'第一陽極處理層22、 第二陽極處理層23以及導熱絕緣層24組成另一電路 基板2a。電路基板2a則與印刷電路3、保護層4、焊 料5與電子工作元件6則組成另一印刷電路板2〇〇。 15 200922425 關於以上所列舉之兩組實施例，皆可利用本發明 所提供之製程來加以製作。由於上述之第二實施例之 製作流程較為繁雜’也較具代表性，因此，以下將列 舉第二實施例所述之電路基板2a之結構來加以具體 說明。 ^ 請繼續參閱第六圖，其係顯示本發明第二實施例 之簡易流程圖。同時，請一併參閱第四圖與第五圖。 如圖所示’關於電路基板2a之製作程序，可依循以 下步驟。首先，先製備具被配置面211與散熱面212 之基材層21 (步驟110)，並再配置面211與散熱面 212進行一陽極處理作業，藉以分別形成第一陽極處 理層22與第二陽極處理層23 (步驟120)。 接者’可在弟·一 極處理層23進行·一真空濺鍍 (Sputter)作業、一電漿氣相沉積（piasma Vapor Deposition; PVD)作業、一化學氣相沉積（chemical

Vapor Deposition; CVD )作業或一離子佈植（I〇n

Implantation)作業，藉以在第二陽極處理層23上形 成導熱絕緣層24 (步驟130)。 然後，可在導熱絕緣層24上進行一電漿輔助化 學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD )作業、上述之PVD作業或CVD 作業而形成DLC層25 (步驟140)。最後，在DLC 層25上進行一光學蝕刻作業，藉以使DLC層25成 為DLC散熱鰭片組件25a (步驟150)。 藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業 上之利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之 較佳實施例說明，舉凡所屬技術領域中具有通常知識 者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種 200922425 【圖式簡單說明】 第—圖係顯示習知印刷電路板之結構示意圖，· 圖係顯示本發明第—實施例之結構示意圖； 路板之示意圖〜例可用以製作印刷電 =係顯示本發明第二實施例之結構示意圖； 弟五圖係顯示本發明第二實施例可用以 路板之示意圖；以及 布丨電 第六圖係顯示本發明第_每 昂1細例之簡易流程圖。 【主要元件符號說明】 11 111 112 113 12 印刷電路板 電路基板 基材層 絕緣層 導熱絕緣層 印刷電路 保護層 13 200922425 14 焊料 15 半導體晶片 100 > 200 印刷電路板 2、2a 電路基板 21 基材層 211 配置面 212 散熱面 22 第一陽極處理層 23 第二陽極處理層 24 導熱絕緣層 25 類鑽（DLC)層 25a DLC散熱鰭片組件 3 印刷電路 4 保護層 5 焊料 6 電子工作元件 18

Claims (1)

1. 200922425 十、申請專利範圍： L 一種電路基板，係供配置至少一電子工作元件，發散該工作 凡件運作時所產生之一熱能，並對該電子工作元件提供一電 性絕緣條件，該電路基板包括： —基材層’係包含一配置面以及一散熱面； —第一陽極處理層’係覆設於該配置面’以配置該電子工作 元件； —第二陽極處理層，係覆設於該散熱面； 一導熱絕緣層，係覆設於該第二陽極處理層，藉以傳導該熱 能；以及 —類鑽（Diamond Like Carbon; DLC)層，係覆設於該導熱 絕緣層’藉以發散該熱能。 其中，該基材層之熱膨脹係數大於該第二陽極處理層之熱膨 脹係數’该第一陽極處理層之熱膨脹係數大於該導熱絕緣層 之熱膨脹係數，且該導熱絕緣層之熱膨脹係數大於該 層之熱膨脹係數。 2. 如申請利細第1顿述之電路基板，其中，該第一陽極 處理層更佈設一印刷電路，以供配置該電子工作元件。 3. 如申請專利範圍第！項所述之電路基板，其中，該基材層係 19 200922425 由銘（A1)合金所組成。 4.如申請專利範圍第1 - 貝所述之電路基板，其中，該基材層俜 由銅（〇〇合金所組成。 可^係 5·如申請專利範圍第丨項所述之電路基板，其中，該第二陽極 處理層係由-金屬之—金屬氧化物所組成，藉以提供該電性 6.如申請娜_項_之電路基板，其中，該金屬係銘 (A1)，該金屬氡化物係氧化銘（ai2o3 )。 ^申請她㈣51_叙瓣板，其中，該導熱絕緣 S係该金屬之一金屬氮化物。 8. 如申請專機，姻述之祕基板，其中，該金屬係銘 (A1)，該金屬氮化物係氣化紹（ain)。 9. 如申鞠_第丨_叙電路基板，射 層係由氧化鈹（Be0)、石户㈣1 一象 ^ ’奴化矽（SlC)、鼠化石夕（Si3N4)與 氮化硼（BN)之其中—者所組成。 20 200922425 電路基板，其中，該DLC層 ίο.如申凊專利範圍第1項所述之 係一 DLC散熱鰭片組件。 11. 如申請專利範圍第】項所 南田s 尾路基板，其中，該第-陽極 處理層係域輪㈤…所組成。 12. -種電碰彻，她_物 之該電路基板，並且包含町步驟：㈣1頁所过 (&)製備該基材層； ⑼在該基材層之該配置面與該散熱面分別進行—陽極處 ^作業’偶分卿成該第—陽極處理層與該 處理層； ⑻在該第二陽極處理層上形成該導熱絕緣層；以及 ⑷在該導熱絕緣層上形成該Dlc層。 其中，該第二陽極處理層之導熱係數小於該導熱絕緣層之導 熱係數，且料熱絕緣層之導熱係數小於該DLC層之導敎 係數。 ” 13,如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，在 〜称⑻後’更包含—步驟①，其係在該層上進行一 光學飾刻作業，藉以使該DLC層成為-DLC散熱鰭片組件。 200922425 Μ.如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 • 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一真空濺鍍 . (Sputter)作業而形成。 15.如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一電浆氣相沉積 (Plasma Vapor Deposition; PVD )作業而形成。 f \ 16·如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition; CVD )作業而形成。 17. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行—離子佈植（ι〇η - Implantation)作業而形成。 18. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—賴輔助化學氣相沉積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositi〇n; PECVD )作 業而形成。 19·如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 22 200922425 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—pvD作業而形成。 • 2〇.如申5月專利㈣® 12項所述之電路基板之製程，其中，該 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—CVD作業而形成。 21. 如申w專她|§第12項所述之電路基板之製程，其中，該 基材層係由鋁（A1)合金所組成。 22. 如申睛專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 基材層係由銅（Cu)合金所組成。 23. 如申睛專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 第二陽極處理層係由-金屬之_金屬氧化物所組成。 24. 如申請專利範圍第23項所述之電路基板之製程，其中，該 金屬係鋁（A1)，該金屬氧化物係氧化鋁（A12〇3 )。 25. 如申請專利範圍第23項所述之電路基板之製程，其中，該 導熱絕緣層係該金屬之一金屬氮化物。 26. 如申請專利範圍第25項所述之電路基板之製程，其中，該 金屬係鋁（A1)，該金屬氮化物係氮化鋁（A1N)。 23 200922425 26. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 導熱絕緣層係由氧化鈹（BeO)、碳化矽（SiC)、氮化矽 (Si3N4)與氮化硼（BN)之其中一者所組成。 27. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程，其中，該 第一陽極處理層係由氧化銘（A1203 )所組成。 24